Digital 20316811 S42408 Kinerja Katalis

UNIVERSITAS INDONESIA

Kinerja Katalis Praseodimium Oksida/Alumina untuk

Meningkatkan Bilangan Oktan Bensin

SARI PRATIWI

(0806456820)

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK, JANUARI 2012

Kinerja katalis ..., Sari Pratiwi, FT UI, 2012

i

UNIVERSITAS INDONESIA

Kinerja Katalis Praseodimium Oksida/Alumina untuk


SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar sarjana

SARI PRATIWI

(0806456820)

DEPARTEMEN TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA

DEPOK, JANUARI 2012


ii

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS

Skripsi ini adalah hasil karya saya sendiri,

dan semua sumber baik dikutip maupun dirujuk

telah saya nyatakan dengan benar.

Nama : SARI PRATIWI

NPM : 0806456820

Tanda Tangan :

Tanggal : 19 Januari 2012


iii

HALAMAN PENGESAHAN

Skripsi ini diajukan oleh :

Nama : Sari Pratiwi

NPM : 0806456820

Program Studi : Teknik Kimia

Judul Skripsi :

KINERJA KATALIS PRASEODIMIUM OKSIDA/ALUMINA

UNTUK MENINGKATKAN BILANGAN OKTAN BENSIN

Telah berhasil dipertahankan di hadapan Dewan Penguji dan diterima sebagai

bagian persyaratan yang diperlukan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada

Program Studi Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia

DEWAN PENGUJI

Pembimbing I : Ir. Dewi Tristantini, M.T., PhD. (..)

Pembimbing II : Dr. Eny Kusrini, S.Si (..)

Penguji I : Dr. Ir. Sukirno, M.Eng (..)

Penguji II : Prof. Dr. Ir. M. Nasikin, M.Eng (..)

Penguji II : Elsa Krisanti Mulia, PhD. (..)

Ditetapkan di : Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Indonesia

Tanggal : 19 Januari 2012


iv

KATA PENGANTAR

Puji Syukur saya panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa atas berkat

dan anugerah-Nyalah skripsi ini dapat terselesaikan tepat pada waktunya.

Penulisan skripsi ini bertujuan untuk melengkapi persyaratan menjadi

Sarjana Teknik Kimia di Universitas Indonesia dan menambah pengetahuan dan

wawasan mahasiswa mengenai topik pembuatan katalis untuk reaksi amidasi

dari aldehid dan amina.

Dalam penyelesaian skripsi ini, saya banyak mengalami kesulitan,

namun berkat bimbingan dari berbagai pihak, akhirnya makalah ini dapat

terselesaikan, walaupun masih banyak kekurangannya. Oleh karena itu, saya

mengucapkan terima kasih kepada :

1. Ibu Ir. Dewi Tristantini, M.T., PhD yang sangat sabar dalam memberikan pengarahan dan bimbingannya kepada saya serta telah memberikan

kepercayaan, kesempatan, dan support kepada saya.

2. Ibu Dr. Eny Kusrini, S. Si sebagai pembimbing kedua saya. 3. Bapak Dr. Ir. Sukirno, M.Eng, Prof. Dr. Ir. M. Nasikin, M.Eng dan Ibu Elsa

K, PhD selaku dewan penguji

4. Bapak Ir. Murdiman dan Ibu Murdiati, S.Pd , selaku orang tua saya yang selalu mendoakan yang terbaik untuk saya

5. Denar Mawatama, SE., Reawal Pandega, SE, dan Putri Sawitri, selaku saudara kandung saya yang selalu membantu saya.

6. Mang Ijal, Mang Djajat, Mas Taufik, Mas Heri, Mas Eko, dan Mbak Tiwi atas bantuan mereka selama proses penelitian di laboratorium DTK

7. Teman- teman TK 2008, dan senior atas support nya. 8. Dan semua pihak yang telah membantu baik secara langsung maupun tidak

langsung yang tidak dapat disebutkan satu per satu

Harapan penulis, skripsi ini dapat membuat pembaca mengerti tentang

pemanfaatan lantanida khususnya katalis praseodimium termodifikasi untuk

meningkatkan bilangan oktan bensin serta bermanfaat bagi pembaca

Penulis menyadari skripsi ini masih banyak memiliki kekurangan. Oleh

karena itu, saya sangat mengharapkan adanya kritik dan saran yang positif agar

skripsi ini dapat menjadi lebih baik dan berdaya guna di masa yang akan datang.


v

Depok, Januari 2012

Penulis

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS

AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Sebagai sivitas akademik Universitas Indonesia, saya yang bertanda tangan di

bawah ini :

Nama : Sari Pratiwi

NPM : 0806456820


Departemen : Teknik Kimia

Fakultas : Teknik

Jenis karya : Skripsi

demi pengembangan ilmu pengetahuan, menyetujui untuk memberikan kepada

Universitas Indonesia Hak Bebas Royalti Noneksklusif (Non-exclusive Royalty-

Free Right) atas karya ilmiah saya yang berjudul :

Kinerja Katalis Praseodimium Oksida/Alumina untuk Meningkatkan

Bilangan Oktan Bensin

beserta perangkat yang ada (jika diperlukan). Dengan Hak Bebas Royalti

Noneksklusif ini Universitas Indonesia berhak menyimpan, mengalihmedia/

formatkan, mengelola dalam bentuk pangkalan data (database), merawat, dan

memublikasikan tugas akhir saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai

penulis/pencipta dan sebagai pemilik Hak Cipta.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di : Departemen Teknik Kimia

Pada tanggal : Kamis, 19 Januari 2012

Yang menyatakan


vi

( Sari Pratiwi )


vii Universitas Indonesia

ABSTRAK

Nama : Sari Pratiwi

NPM : 0806456820


Judul Skripsi : Kinerja Katalis Praseodimium Oksida/Alumina untuk


Katalis Praseodimium oksida/alumina (PrO2/Al2O3) dengan variasi kandungan

praseodimium (0,01 0,03 % (b/b)) dipreparasi secara dry-impregnation menggunakan larutan garam Pr(NO3)3

.6H2O pada penyangga -Al2O3. Katalis

PrO2/Al2O3 diuji aktivitasnya untuk meningkatkan bilangan oktan bensin. Reaksi

dilakukan dalam reaktor batch berpengaduk pada tekanan atmosferik dan suhu

40C dengan waktu bervariasi 20, 50, dan 80 menit. Katalis PrO2/Al2O3 menunjukkan keaktifan dalam menaikan bilangan oktan. Katalis yang dihasilkan

dikarakterisasi dengan BET, ICPS, dan SEM-EDX. Kenaikan bilangan oktana

bensin dianalisis menggunakan octane meter. Dari hasil octane-meter diketahui

peningkatan bilangan oktan bensin tertinggi sebesar 1,9 dengan menggunakan

katalis 0,03% PrO2/Al2O3. Berdasarkan GC-MS, kenaikan bilangan oktan bensin

dianalisis melalui % peak area masing-masing senyawa C8 hidrokarbon

bercabang dan benzena sebesar 4,39 dan 26,08% berbanding dengan 4,16 dan

24,06% untuk bensin komersial. Bilangan oktan meningkat dengan penambahan

prosentase praseodimium dalam katalis, namun tidak dipengaruhi waktu reaksi.

Metode dry-impregnation berhasil dilakukan terbukti dengan terjadinya

penurunan luas permukaan katalis seiring penambahan praseodimium. SEM

menunjukkan adanya praseodimium di permukaan alumina, sedangkan analisis

EDX dan ICPS mengidentifikasi adanya kandungan alumunium yang menurun

sesuai dengan penambahan praseodimium.

Kata kunci : Alumina; Bensin; Bilangan oktan; Praseodimium


viii Universitas Indonesia

ABSTRACT

Name : Sari Pratiwi

Student number : 0806456820

Major : Chemical Engineering

Script title : Performance of Praseodymium Oxide/Alumina Catalyst

to increase the Gasoline Octane Number

Praseodimium oxide/alumina oxide (PrO2/Al2O3 ) Catalyst with various

compositions of PrO2 (0,01-0,03 wt%) are prepared by dry-impregnation using

salt solution Pr(NO3)36H2O and -Al2O3 as support. The activeness of Catalyst PrO2/Al2O3 is tested to increase gasoline octane number. This reaction is done in

stirred reactor batch at atmospheric pressure and temperature around 400C with

time variations of 20, 50, and 80 minutes. PrO2/Al2O3 catalyst shows the

activeness in increasing octane number. Catalyst is characterized using BET,

ICPS, and SEM-EDX methods. Gasoline is analyzed using octane meter and GC-

MS. From the result of octane meter, it shows the increasing of gasoline octane

number, which used 0,03%PrO2/Al2O3 catalyst showed the highest octane number

increase up to 1,9. Besides that, the increasing of octane number is analyzed

through the increase of %peak area of iso-octane and benzene compound from

GC-MS as 4,39 and 26,08 respectively compared to 4,16 and 24,06% of comercial

gasoline. Octane number increase with the increment of praseodimium

percentages in catalyst, but it doesnt influent the reaction time. Dry- impregnation method is successfully done proofed by the reduction of catalyst

surface area with the increment of Praseodymium. SEM shows that the existing

of PrO2 on Al2O3 surface, but the EDX and ICPS analysis identify the decreasing

of aluminium composition with the increment of praseodymium.

Keyword : Alumina; gasoline; octane number; praseodymium


ix Universitas Indonesia

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...........................................................................................i

HALAMAN PERNYATAAN ORISINALITAS ................................................ii

HALAMAN PENGESAHAN .............................................................................iii

KATA PENGANTAR ........................................................................................iv

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI TUGAS

AKHIR UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ..............................................v

ABSTRAK .........................................................................................................vi

ABSTRACT .........................................................................................................vii

DAFTAR ISI .......................................................................................................viii

DAFTAR TABEL ...............................................................................................x

DAFTAR GAMBAR ..........................................................................................xi

DAFTAR LAMPIRAN .......................................................................................xii

1. PENDAHULUAN ..........................................................................................1

1.1 Latar Belakang ............................................................................................1

1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................3

1.3 Tujuan Penelitian .........................................................................................3

1.4 Batasan Penelitian ........................................................................................3

1.5 Sistematika Penulisan ..................................................................................3

2. TINJAUAN PUSTAKA ................................................................................4

2.1 Bensin ..........................................................................................................4

2.2 Reaksi reaksi dalam Meningkatkan Bilangan Oktan ................................10

2.2.1 Catalytic Cracking ..................................................................................10

2.2.2 Isomerisasi ...............................................................................................13

2.3 Katalis ..........................................................................................................14

2.3.1 Support ....................................................................................................15

2.3.2 Active Site ................................................................................................16

2.4 Katalis PrO2/Al2O3 .......................................................................................18

2.4.1 Mekanisme Reaksi Katalis PrO2/Al2O3 dalam Meningkatkatkan

Bilangan Oktan Bensin ............................................................................18

2.4.2 Metode preparasi dan karakterisasi katalis PrO2/Al2O3 ..........................19

3. METODE PENELITIAN .............................................................................21

3.1 Variabel Bebas dan Terikat ..........................................................................21

3.2 Bahan dan Alat .............................................................................................21

3.2.1 Bahan .......................................................................................................21

3.3.2 Alat ..........................................................................................................22

3.3 Pelaksanaan Penelitian .................................................................................22


x Universitas Indonesia

3.4 Prosedur Penelitian ......................................................................................22

3.4.1 Pembuatan Katalis ...................................................................................23

3.4.2 Karakterisasi Katalis ...............................................................................24

3.4.2.1 BET .......................................................................................................24

3.4.2.2 ICPS ......................................................................................................25

3.4.2.3 SEM-EDX .............................................................................................25

3.4.3 Pengujian Aktifitas Katalis ......................................................................25

3.4.5.1 Octane-Meter ........................................................................................27

3.4.5.2 GC-MS ..................................................................................................27

4. HASIL DAN PEMBAHASAN .....................................................................28

4.1 Katalis yang Dihasilkan ...............................................................................28

4.2 Karakterisasi Katalis ....................................................................................28

4.2.1 BET .........................................................................................................28

4.2.2 ICPS ........................................................................................................29

4.2.3 SEM-EDX ...............................................................................................30

4.3 Keaktifan Katalis dalam Meningkatkan Bilangan Oktan Bensin ................32

4.3.1 Octane Meter ...........................................................................................33

4.3.2 GC-MS ....................................................................................................35

5. KESIMPULAN DAN SARAN .....................................................................37

5.1 Kesimpulan ..................................................................................................37

5.2 Saran .............................................................................................................37

DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................... 38

LAMPIRAN ........................................................................................................ 40


xi Universitas Indonesia

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1.Spesifikasi praseodimium ..................................................................... 7

Tabel 2.2 Spesifikasi bensin dengan bilangan oktan 88 ....................................... 17

Tabel 2.3 Hubungan antara G dan K diprediksi dari persamaan

G = -RT ln K .................................................................................... 19

Tabel 4.1 Hasil uji BET ........................................................................................ 30

Tabel 4.2 Hasil uji ICPS ....................................................................................... 31

Tabel 4.3 Hasil uji SEM-EDX .............................................................................. 33

Tabel 4.4 Hasil Bilangan oktan bensin ................................................................. 34

Tabel 4.5 Hasil uji GC-MS ................................................................................... 36


xii Universitas Indonesia

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Perengkahan cincin aromatic ..........................................................11

Gambar 2.2 Reaksi hidrogen transfer..................................................................11

Gambar 2.3 Reaksi pertukaran ion karbonium ...................................................11

Gambar 2.4 Reaksi dehidrasi alumina. ...............................................................16

Gambar 2.5 Sisi asam Bronsted pada alumina ........................................................16

Gambar 2.6 Reaksi konversi n-heksana ..............................................................19

Gambar 2.7 Dry-imgregnation ............................................................................20

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian. ...................................................................22

Gambar 3.2 Diagram alir pembuatan katalis.......................................................24

Gambar 2.3 Diagram alir uji aktifitas katalis ......................................................27

Gambar 3.4 Octane meter seri Shatox ZX 101C ...............................................28

Gambar 4.1 Hasil uji SEM katalis (a) Al2O3 (b) 0,01% PrO2/Al2O3

(c) 0,03% PrO2/Al2O3 .......................................................................32

Gambar 4.2 Grafik pengaruh kandungan praseodimium dalam katalis

PrO2/Al2O3 terhadap bilangan oktan bensin.....................................35


xiii Universitas Indonesia

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Hasil penelitian ................................................................................40

Lampiran 2 Data hasil BET.................................................................................41

Lampiran 3 Data hasil ICPS ................................................................................43

Lampiran 4 Data hasil SEM-EDX ......................................................................44

Lampiran 5 Gambar hasil SEM-EDX. ................................................................45

Lampiran 6 Data hasil pengukuran bilangan oktan.............................................50

Lampiran 7 Data hasil GC-MS ...........................................................................52


1 Universitas Indonesia

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi yang dibutuhkan di Indonesia terus meningkat seiring dengan

perkembangan teknologi-teknologi baru yang membutuhkan energi lebih. Hal

tersebut ditunjukkan dengan produksi kendaraan bermotor keluaran tahun 2005 ke

atas yang memiliki mesin berteknologi terbaru, sehingga diperlukan bahan bakar

berbilangan oktan yang lebih tinggi untuk menyesuaikannya (Buchanan et al.,

2001). Mesin kendaraan bermotor memerlukan jenis bensin dengan jumlah

bilangan oktan RON yang sesuai compression ratio mesin itu sendiri agar dapat

bekerja secara optimal. Bilangan oktan bensin dapat ditingkatkan dengan

menambahkan Tetra Ethyl Lead (TEL), namun peneliti menemukan kelemahan

TEL, yaitu dapat menimbulkan emisi bahan bakar yang membahayakan kesehatan

manusia. Banyak penelitian dilakukan untuk menemukan bahan yang dapat

menaikan angka oktan bensin sebagai pengganti TEL (Khaeruddin et al., 2007)

diantaranya menggunakan naphthalene (Tirtoatmodjo, 2011). Salah satu proses

yang dapat dilakukan untuk menaikkan bilangan oktan bensin atau gasoline ini

dengan menggunakan reaksi catalytic cracking (perengkahan katalitik) yaitu

reaksi merengkah dengan bantuan katalis.

Penelitian perengkahan katalitik pada umumnya menggunakan zeolit

(Xian et al., 2010) dan logam golongan utama (Myrstad, 1996). Penggunaan

ZSM-5 dan Al pada reaksi perengkahan katalitik dapat menaikkan bilangan oktan

hingga >80 pada suhu 550- 650oC (Xian et al., 2010). Penambahan vanadium

pada nikel meningkatkan aktifitas katalis sehingga dapat menaikkan bilangan

oktan pada gasoline (Myrstad, 1996). Pada penelitian tersebut belum dapat

dihasilkan bilangan oktan yang melebihi standar premium yaitu 88, melainkan

hanya sebesar 86. Pencampuran zeolit dan logam golongan utama (Li, Mg, Ca,

dan Al) yang dilakukan menghasilkan bilangan oktan yang tinggi (Lugstein et al.,

1998). Namun demikian, percobaan ini memerlukan biaya yang lebih mahal

karena komposisi dari logam golongan utama lebih besar, sehingga kurang efisien


2

Universitas Indonesia

dalam penggunaannya. Proses peningkatan bilangan oktan bensin juga telah

dilakukan oleh Vino (Hasyim, 2010). Penelitian tersebut menghasilkan

peningkatan bilangan oktan bensin sebesar 1,6 dengan menggunakan katalis

komplek nano partikel Pr/EDTA/Zeolit klipnotilolit.

Dalam beberapa tahun terakhir, karakterisasi berbasis campuran oksida

telah menarik banyak perhatian ilmuwan untuk tekstur yang luar biasa,

peningkatan kapasitas penyimpanan oksigen, dan ketahanan sintering

dibandingkan dengan lantanida murni. Dilaporkan bahwa kombinasi dari dua

oksida logam praseodimium dan alumina dapat memberikan aktifitas katalitik

yang baik. Alumina memiliki luas permukaan yang tinggi dan stabilitas mekanis,

sangat cocok sebagai penyangga katalis (Laosiripojana et al., 2005). Deposisi

sejumlah kecil dari lantanida ke dalam penyangga katalis dengan luas permukaan

yang tinggi dapat membantu menjaga permukaan logam dan penyangganya pada

temperatur tinggi dan untuk mencegah pembentukan karbon dan proses sintering

dari fase logam aktif. Hal ini juga menghasilkan campuran oksida dengan redoks

yang baik.

Katalis PrO2/Al2O3 dan Pr6O11 juga telah dilakukan. Penelitian tersebut

membuktikan bahwa katalis yang mengandung praseodimium berikatan lebih kuat

dengan alumina dibandingkan praseodimium murni (Tankov et al., 2011). Dalam

penelitiannya, kandungan praseodimium dalam alumina divariasikan, yaitu 1, 6,

12, dan 20%. Dari variasi ini, didapat kesimpulan bahwa semakin kecil

praseodimium dalam alumina, maka interaksi katalis semakin kuat. Namun

penelitian tersebut belum dilakukan uji aktifitas katalis.

Katalis PrO2/Al2O3 kemungkinan dapat digunakan untuk meningkatkan

bilangan oktan bensin. Berdasarkan uraian di atas, maka pada penelitian ini

dilakukan pembuatan katalis dengan metode yang sama dengan variasi kandungan

praseodimium di bawah 1%, yaitu 0,01% dan 0,03% untuk diuji keaktifannya

dalam meningkatkan bilangan oktan bensin.


3


1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah dalam penelitian ini adalah :

1. Bagaimana aktifitas katalis PrO2/Al2O3 dalam menaikan bilangan oktan

bensin?

2. Bagaimana pengaruh kandungan praseodimium terhadap sifat fisik dan sifat

kimia dalam katalis PrO2/Al2O3?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

1. Mengetahui keaktifan katalis PrO2/Al2O3 untuk menaikan bilangan oktan

bensin.

2. Mengetahui pengaruh kandungan praseodimium terhadap sifat fisik dan sifat

kimia dalam katalis PrO2/Al2O3.

1.4 Batasan Masalah

Pada penelitian ini, penulis membatasi permasalahan sebagai berikut :

1. Katalis yang diuji adalah katalis PrO2/Al2O3 yang dibuat melalui metode

impregnasi

2. Reaktan yang digunakan adalah bensin komersil (premium).

3. Reaktor yang digunakan adalah reaktor tumpak/batch

1.5 Sistematika Penulisan

BAB I PENDAHULUAN

Berisi latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, dan

sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Berisi teori umum tentang hal-hal yang berkaitan dengan penelitian ini, seperti

bahan-bahan dalam proses penelitian, katalis dan proses pembuatannya, serta uji

kinerja katalis yang dilakukan.


4


BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Berisi prosedur penelitian, alat dan bahan yang digunakan, analisa produk, dan

pengolahan data.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

Berisi tentang penyajian data penelitian yang diperoleh, analisis kecendrungan

pada variasi variabel bebas, dan pembahasan mengenai reaksi-reaksi yang terjadi.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Berisi tentang kesimpulan dari penelitian yang dilakukan dan saran untuk

pengembangan penelitian selanjutnya agar lebih baik.



BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Bensin

Bensin sudah hampir menjadi kebutuhan pokok masyarakat dunia. Bensin

merupakan cairan campuran berbagai bahan yang berasal dari minyak bumi

dengan daya bakar bensin berbeda-beda menurut komposisinya. Ukuran daya

bakar ini dapat dilihat dari bilangan oktan setiap campuran bensin. Di Indonesia,

bensin diperdagangkan dalam dua kelompok besar: campuran standar (disebut

premium dengan standar bilangan oktan adalah 88), dan bensin super (disebut

juga pertamax dengan standar bilangan oktan adalah 92). Spesifikasi gasoline

yang dibuat tersebut mencakup pertimbangan tentang kebutuhan ideal kendaraan

bermotor negara bersangkutan, tingkat ekonomi negara, dan kemampuan

produksinya.

Proses pembuatan gasoline yaitu melalui fraksionasi minyak bumi, yaitu

proses pemisahan hidrokarbon berdasarkan perbedaan titik didih komponen.

Golongan hidrokarbon yang utama adalah (Migas, 2006)

1. Parafin adalah kelompok senyawa hidrokarbon jenuh berantai lurus (alkana).

Contohnya adalah metana, etana, n-butana, isobutana, isopentana, dan

isooktana. Jumlah senyawa yang tergolong ke dalam senyawa isoparafin jauh

lebih banyak daripada senyawa yang tergolong n-parafin. Tetapi, di dalam

minyak bumi mentah, kadar senyawa isoparafin biasanya lebih kecil daripada

n-parafin.

2. Olefin adalah kelompok senyawa hidrokarbon tidak jenuh. Contohnya etilena,

propena, dan butena.

3. Naftena adalah senyawa hidrokarbon jenuh yang membentuk struktur cincin.

Senyawa-senyawa kelompok naftena yang banyak ditemukan adalah senyawa

yang struktur cincinnya tersusun dari 5 atau 6 atom karbon. Contohnya adalah

siklopentana, metal siklopentana dan sikloheksan. Umumnya, di dalam

minyak bumi mentah, naftena merupakan kelompok senyawa hidrokarbon

yang memiliki kadar terbanyak kedua setelah n-parafin.


6


4. Aromatik adalah hidrokarbon-hidrokarbon tak jenuh yang berintikan atom-

atom karbon yang membentuk cincin benzena. Contohnya benzena,

metilbenzena, dan naftalena. Minyak bumi dari Sumatera dan Kalimantan

umumnya memiliki kadar aromat yang relatif besar.

Setelah fraksionasi, bensin diproses lebih lanjut untuk menaikkan bilangan

oktannya. Adapun kualitas gasolin yang ditetapkan sebagai spesifikasi standar

adalah yang dikeluarkan oleh American Petroleum Institute (API) pada tahun

2005. Secara sederhana, bensin tersusun dari hidrokarbon rantai lurus, mulai dari

heptana sampai dengan dodekana. Dengan kata lain, bensin terbuat dari molekul

yang hanya terdiri atas hidrogen dan karbon yang terikat satu dengan yang lainnya

sehingga membentuk rantai.

Salah satu reaksi yang digunakan untuk menghasilkan bensin adalah reaksi

perengkahan dengan katalis (catalytic cracking) khususnya untuk menghasilkan

bilangan oktan yang relatif tinggi dibandingkan bensin biasa (premium). Beberapa

hal yang dipertimbangkan dalam setiap perubahan spesifik bensin antara lain

(Tabel 2.1)


7


Tabel 2.1 Spesifikasi bensin dengan bilangan oktan 88

No Karakteristik Satuan B Batasan

Tanpa

Timbal

Bertimbal

Min Maks Min Maks

1 Bilangan oktan

Riset Bilangan Oktan (RON) RON 88,0 88,0

Motor Bilangan Oktan (MON) Dilaporkan Dilaporkan

2 Stabilitas Oksidasi (Periode Induksi) Menit 360

3 Kandungan Sulfur % m/m 0,05 0,05

4 Kandungan Timbal (Pb) g/l 0,013 0,3

5 Distilasi

10% vol. penguapan C 74 74

50% vol. penguapan C 88 125 125

90% vol. penguapan C 180 180

Titik didih akhir C 215 215

Residu % vol 2,0 2,0

6 Kandungan Oksigen % m/m 2,7 2,7

7 Washed Gum mg/100ml 5 5

8 Tekanan uap kPa 62 62

9 Berat jenis (pada suhu 15C) kg/m3 715 780 715 780

10 Korosi bilah tembaga Menit kelas 1 kelas 1

11 Uji doctor Negative Negative

12 Sulfur Mercaptan % massa 0,002 0,002

13 Penampilan visual jernih dan

terang

jernih dan

terang

14 Warna Merah Merah

15 Kandungan pewarna g/100l 0,13 0,13

16 Bau dapat

dipasarkan

dapat

dipasarkan

Sumber: Keputusan Direktur Minyak dan Gas Bumi No 3674 K/24/DJM/2006 ,17 Maret 2006

Bensin yang digunakan oleh mesin kendaraan bermotor harus memiliki

bilangan oktan yang sesuai dengan kebutuhan mesin. Bilangan oktan adalah

indikator dari bahan bakar untuk mesin pembakaran jenis cetus api (mesin

bensin), yang menunjukkan seberapa kuat bahan bakar tersebut tidak terbakar

dengan sendirinya. Hal ini sangat penting untuk sistem pembakaran pada mesin


8


bensin yang memanfaatkan pembakaran terkontrol yang menuntut terjadinya

pembakaran dimulai dari satu titik, yaitu ujung busi. Apabila bahan bakar tersebut

terbakar dengan sendirinya ketika api pembakaran yang berasal dari busi belum

sampai di titik tersebut, maka akan terjadi peristiwa knocking. Jika knocking

tersebut terjadi secara terus menerus dalam jangka waktu lama akan membuat

goresan hingga lubang pada kepala piston. Hal ini mengakibatkan turunnya

efisiensi energi hasil pembakaran yang terpakai dan menimbulkan getaran atau

sentakan yang kuat pada bagian mesin dengan tidak terkontrol.

Bensin yang memiliki bilangan oktan tinggi pada mobil yang memiliki

spesifikasi bilangan oktan di atas 90 membuat konsumsi bahan bakar lebih irit. Ini

disebabkan bensin sedikit lebih lama terbakar sehingga mesin bisa efisien.

Dengan sedikit bahan bakar jenis ini, bisa dihasilkan tenaga yang banyak, akibat

reaksi seketika mudah terbakar dalam ruang bakar pembakaran menjadi sempurna

sehingga dapat meningkatkan tenaga dan akselerasi. Pemakaian bensin beragka

oktan tinggi yang tidak sesuai dengan spesifikasi mesin mobil hanya akan

menyebabkan pemborosan.

Bilangan oktan merupakan acuan untuk mengukur kualitas suatu bensin

yang digunakan sebagai bahan bakar. Bensin mengandung lebih dari 500 jenis

hidrokarbon, dengan kadar yang bervariasi tergantung komposisi minyak mentah

dan kualitas yang diiginkan. Pembakaran bensin yang diinginkan adalah

menghasilkan dorongan mulus terhadap penurunan piston. Hal ini tergantung pada

ketepatan waktu pembakaran agar jumlah energi ditransfer ke piston menjadi

maksimum. Ketepatan waktu pembakaran tergantung pada jenis rantai karbon

yang selanjutnya akan menentukan kualitas bensin.

Pengukuran bilangan oktan dilakukan dengan membandingkan kemampuan

mencegah knocking antara suatu jenis bensin dengan campuran kimia antara

senyawa isooktan dan n-heptana. Bensin berbilangan oktan 88, misalnya, berarti

memiliki kemampuan mencegah kelitik sama dengan campuran yang terdiri atas

88 % iso-oktan dan 12 % n-heptana. Ada dua kategori angka oktan ini, yaitu

Research Octane Number (RON) dan Motor Octane Number (MON). RON

diperoleh dari simulasi kinerja bahan bakar saat mesin dioperasikan dalam kondisi

standard an merupakan kecendrungan bensin untuk mengalami knocking pada


9


pengendaraan biasa, sementara MON menunjukkan kinerja bahan bakar saat

mesin dioperasikan dalam kondisi lebih berat dan merupakan kecendrungan

bensin untuk mengalami knocking pada kecepatan tinggi. Bilangan oktan MON

bisa 10 poin lebih rendah dibandingkan angka oktan RON. Bilangan oktan yang

biasa disebut secara umum merupakan nilai yang diperoleh dari rata-rata besar

RON dan MON. Bilangan oktan yang diumumkan adalah rata-rata aritmatik kedua

bilangan oktan tersebut yang kemudian disebut sebagai PON (Posted Octane Number).

Senyawa aromatik dan parafin bercabang mempunyai angka oktan paling tinggi,

sedangkan n-parafin memiliki biilangan oktan yang paling rendah. Naftenik, olefin dan

parafin bercabang sedikit memiliki bilangan oktan yang sedang. Kenaikan panjang rantai

hidrokarbon parafin menurunkan angka oktan.

Penambahan senyawa-senyawa organik logam berat dapat meningkatkan bilangan

oktan bensin. Senyawa yang paling efektif dalam meningkatkan bilangan oktan adalah

Tetra Ethyl Lead (TEL). Senyawa ini larut dalam bensin dan dapat mengakibatkan

kenaikan yang besar pada bilangan oktan bensin yang ditambahkan. Kenaikan bilangan

oktan karena penambahan TEL semakin kecil jika bilangan oktan semula semakin besar.

Tetapi, penambahan TEL atau senyawa-senyawa logam berat lainnya dapat mencemari

atmosfir dan menjadi racun bagi orang yang menghirupnya, maka digunakanlah senyawa-

senyawa pengganti logam berat tersebut yaitu senyawa alkohol dan eter seperti metanol,

etanol, Metil Tersier Butil Eter (MTBE), Etil Tersier Butil Eter (ETBE) dan Tersier Amil

Metil Eter (TAME). Aditif yang berasal dari eter memiliki afinitas terhadap air yang lebih

kecil daripada aditif yang berasal dari alkohol. Bensin yang dicampuri eter lebih tidak

menarik air dari udara bebas (adanya air akan merusak mutu bensin).

2.2 Reaksi Reaksi yang Berperan dalam Meningkatkan Bilangan Oktan

Peningkatan bilangan oktan dapat terjadi melalui beberapa reaksi, yaitu

catalytic cracking dan isomerisasi

2.2.1 Catalytic Cracking

Cracking atau perengkahan hidrokarbon adalah pemutusan molekul-

molekul senyawa hidrokarbon yang besar menjadi molekul-molekul senyawa

hidrokarbon yang kecil. Contoh perengkahan ini adalah pengolahan minyak solar

atau minyak tanah menjadi bensin. Kualitas bensin sangat ditentukan oleh sifat


10


anti-knock (ketukan) yang dinyatakan dalam bilangan oktan. Bilangan oktan 100

diberikan pada iso-oktan yang mempunyai sifat anti knocking yang istimewa, dan

bilangan oktan 0 diberikan pada n-heptana yang mempunyai sifat anti knock yang

buruk. Bensin yang diuji akan dibandingkan dengan campuran isooktana dan n-

heptana.

Bilangan oktan dipengaruhi oleh beberapa struktur molekul

hidrokarbon.Hidrokarbon tersebut tergolong hidrokarbon rantai pendek yang

didapat dari perengkahan hidorkarbon rantai panjang. Terdapat 3 cara proses

perengkahan, salah satu nya adalah perengkahan dengan menggunakan katalis

(catalytic cracking). Perengkahan menggunakan katalis dalam reaksi

perengkahannya akan mengarahkan reaksi sehingga menghasilkan produk

hidrokarbon yang memiliki angka oktan tinggi. Proses perengkahan katalitik dari

hidrokarbonmemiliki beberapa keunggulan diantaranya adalah:

1. Produk bensin yang dihasilkan memiliki angka oktan yang lebih tinggi karena

banyak mengandung iso-parafin. Senyawa jenis ini juga lebih stabil, dan

memiliki konversi produk bensin lebih besar jika digunakan kristal katalis

Al2O3 (Buchanan et al., 2001).

2. Bensin yang dihasilkan mempunyai kandungan sulfur lebih rendah daripada

bensin hasil thermal cracking.

3. Menghasilkan lebih sedikit heavy residual oil atau tar. Selama proses

perengkahan, material karbon terdeposit di permukaan katalis sehingga

menurunkan aktivitas katalis tersebut. Oleh karena itu, salah satu bagian yang

sangat penting pada proses ini adalah regenerasi katalis.

Perengkahan katalis terdiri dari dua jenis reaksi, yaitu perengkahan

aromatik dan reaksi perpindahan hidrogen. Pada perengkahan aromatik, cincin

aromatik stabil pada kondisi perengkahan katalis, tetapi rantai panjang alkil

reaktif. Kemudahan perengkahan alkil aromatik bertambah dengan kenaikan

panjang rantai alkil. (Gambar 2.1)


11


Gambar 2.1 Perengkahan cincin aromatic (Migas, 2006)

Produk parafinik hasil perengkahan katalis bercabang lebih banyak dari yang

diperkirakan. Penjelasan atas hal tersebut diberikan dari reaksi hidrogen transfer seperti

berikut (Gambar 2.2):

Gambar 2.2 Reaksi hidrogen transfer (Migas, 2006)

Karena reaksi isomerisasi olefin dan hidrogen transfer antara i-olefin dan decalin jauh

lebih cepat dari pada reaksi lain, maka i-parafin dihasilkan lebih cepat dari parafin.

Berlawanan dengan perengkahan termis yang terjadi karena adanya reaksi rantai dari

radikal bebas, produk reaksi antara yang terdapat dalam perengkahan katalis adalah

fragmen-fragmen bermuatan positif yang disebut ion karbonium. Ion karbonium berbeda

dengan radikal bebas karena mengandung elektron minus satu. Tipe reaksinya sebagai

berikut (Gambar 2.3):

Gambar 2.3 Reaksi pertukaran ion karbonium (Migas, 2006)


12


Katalis yang digunakan adalah katalis padat yang bersifat asam dengan

porositas tinggi dan tahan abrasi maupun perubahan temperatur. Bahan katalis

terdiri dari silika dan alumina. Semakin banyak umpan, semakin tinggi hasil

gasolin yang diperoleh. Secara umum, peran katalis asam penelitian ini dalam

reaksi perengkahan adalah sebagai berikut:

1. Memutuskan ikatan karbon-karbon dilakukan secara selektif, sehingga jarang

terbentuk produk perengkahan yang memiliki lebih kecil dari tiga buah atom

karbon.

2. Meningkatkan laju reaksi perengkahan 5 sampai 60 kali lebih cepat

dibandingkan perengkahan panas. Laju reaksi meningkat sejalan dengan

kenaikan berat molekul.

3. Melakukan isomerisasi selektif sehingga hidrokarbon jenuh dengan rantai

karbon pendek tidak mengalami isomerisasi.

Olefin lebih mudah untuk direngkah dari pada parafin dan juga lebih cepat

mengalami isomerisasi dan pembentukan deposit karbon. Diolefin dan olefin

aromatik bahkan lebih cepat mengalami perengkahan, penjenuhan, polimerisasi,

dan terkonversi menjadi deposit karbon. Naphtena sangat sensitif terhadap

perengkahan katalitik. Kenaikan laju reaksi sejalan dengan berat molekul dan

menjadi sekitar 1000 kali lebih cepat dari pada perengkahan panas. Semua

senyawa aromatik seperti benzena, bifenil, dan naftalena pada umumnya tidak

dapat direngkah dengan mekanisme katalisis ini, sedangkan alkil aromatik siap

direngkah menjadi cincin untuk menghasilkan benzena, dan lain-lain.

Proses perengkahan katalitik pada penelitian ini menggunakan reaktor

batch, yaitu reaktan dilewatkan pada suatu katalis PrO2/Al2O3. Variabel operasi

yang penting mempengaruhi konversi dan distribusi produk adalah suhu cracking,

rasio katalis dan bensin, space velocity, tipe dan aktifitas katalis dalam

merengkahkan, dan rasio recycle. Dalam batasan kondisi operasi normal,

peningkatan suhu reaksi, rasio katalis/reaktan, aktivitas katalis, dan waktu

kontakakan menghasilkan kenaikan dalam konversi dan penurunan dalam naiknya

konversi space velocity. Harus diperhatikan bahwa kenaikan konversi tidak selalu

berarti kenaikan pada bensin. Sebagai contoh kenaikan suhu diatas level tertentu


13


ternyata dapat meningkatkan konversi, coke karbon gas, dan angka oktan, tetapi

menurunkan bensin.

2.2.2 Isomerisasi

Isomer adalah senyawa yang mempunyai rumus molekul sama tetapi

rumus bangunnya berbeda. Bensin ini terdiri dari campuran isomer heptana dan

oktana. Isomer dapat dibedakan atas isomer struktur dan isomer ruang. Isomer

struktur adalah dua atau lebih senyawa organik berbeda disebabkan oleh susunan

atom yang terikat satu sama lain dalam suatu molekul. Isomer struktur ini dapat

dibedakan atas 3 jenis, yaitu isomer rangkaian, isomer kedudukan, dan isomer

fungsional. Untuk menghasilkan bilangan oktan yang tinggi, pada proses ini

kemungkinan terjadi reaksi isomer rangkaian untuk pembentukan iso-oktan.

Isomer rangkaian adalah dua senyawa atau lebih yg mempunyai rumus molekul

sama tetapi berbeda pada percabangan atom C-nya. Dari peristiwa isomerisasi ini

dihasilkan produk dengan jumlah percabangan yang lebih banyak. Cabang ini

akan membentuk suatu ikatan iso- yang akan meningkatkan nilai bilangan oktan

yang terkandung pada sebuah senyawa dengan jumlah karbon yang sama.

2.3 Katalis

Katalis merupakan substansi yang dapat meningkatkan laju reaksi untuk

mencapai kesetimbangan namun tidak ikut bereaksi dengan reaktan dalam reaksi

tersebut. Katalis pada umumnya mempunyai sifat-sifat sebagai berikut (Nasikin

dan Susanto, 2010). Dalam pemilihan katalis, diperhatikan faktor sebagai berikut:

1. Aktifitas

Keaktifan katalis didefinisikan sebagai kemampuan dari katalis untuk dapat

mengubah bahan baku menjadi produk yang dikehendaki. Keaktifan katalis

didapat dari kombinasi bahan kimia dan bahan mineralogi, sehingga dapat

diketahui katalis tersebut aktif dalam melakukan proses katalis yang

dibuktikan dengan dihasilkannya produk baru yang dikehendaki.


14


2. Stabilitas

Stabil dalam arti mempunyai kemampuan menghadapi racun-racun yang

mungkin dapat merusak kinerja dan penampakan dari katalis itu sendiri.

3. Selektifitas

Selektifitas didefinisikan sebagai kemampuan katalis dalam menghasilkan

produk yang sesuai dengan yang dikehendaki. Hal ini karena satu zat yang

berperan dalam salah satu proses dapat juga menjadi penghambat pada proses

lainnya, sehingga perlu diteliti setiap material yang akan digunakan sebagai

katalis.

4. Umur

Umur katalis mempunyai pengertian rentang waktu bagi katalis untuk

bertahan pada level yang mencukupi sesuai kinerja katalis yang diinginkan.

5. Regenerasi

Sifat mudah diregenerasi harus dimiliki oleh katalis sehingga pada saat katalis

dioperasikan gangguan yang terjadi dapat diminimumkan.

6. Kekuatan mekanik

Kekuatan mekanik merupakan kondisi yang harus dimiliki katalis sehingga

bila proses menghendaki tekanan dan temperatur tinggi, katalis itu dapat

digunakan.

Secara umum, katalis memiliki 2 fungsi, sebagai berikut:

1. Mempercepat reaksi menuju kesetimbangan atau fungsi aktivitas

2. Meningkatkan hasil reaksi yang dikehendaki atau fungsi selektivitas

Katalis tidak secara permanen terlibat dalam reaksi kimia, ketika katalis

melakukan fungsinya, maka katalis mengalami perubahan baik secara kimiawi

maupun secara fisik yang sangat mempengaruhi kinerjanya. Oleh karena itu

terdapat 3 parameter utama dari kinerja katalis yaitu :

1. Aktivitas, yaitu peran katalis untuk meningkatkan kecepatan reaksi

2. Selektivitas, yaitu peran katalis untuk meningkatkan produk yang diinginkan

3. Deaktivasi, yaitu penurunan aktivitas dari katalis yang dihubungkan dengan

masa hidup katalis (life-time).

Dalam melakukan fungsinya pada reaksi katalisis, ada 3 faktor yang

mempengaruhi kinerja dari katalis, yaitu aliran fluida, aktivitas katalis dan


15


stabilitas katalis. Aktivitas dan selektivitas dapat dicapai dengan pemilihan

komponen atau material serta metode preparasi yang mampu memberikan luas

permukaan yang optimum. Aktivitas yang tinggi saja tanpa memperhatikan

selektivitas dan faktor lain semisal kekuatan mekanik tidaklah cukup dalam

menentukan kelayakan pembuatan suatu katalis. Sehingga untuk mendapatkan

kinerja katalis yang optimum, pemilihan komponen pada penelitian ini terdiri atas

2 komponen, yaitu inti aktif dan penyangga.

2.3.1 Support

Support atau disebut juga penyangga katalis memiliki berbagai fungsi.

Namun, fungsi utama dari penyangga adalah untuk menyediakan luas permukaan

yang besar bagi inti aktif. Fungsi penyangga yang lain adalah sebagai permukaan

yang stabil dimana inti aktif terdispersi sedemikian rupa sehingga sintering dapat

dikurangi. Dengan demikian penyangga harus tahan terhadap pertumbuhan kristal

dikarenakan panas, yang artinya harus memiliki titik lebur yang tinggi atau

minimal lebih tinggi daripada titik lebur inti aktif.

-Al2O3 merupakan jenis penyangga sebagai support pada komponen inti

aktif katalis (Nasikin dan Susanto, 2010). Kekuatan asam pada katalis alumina

terletak pada sisi asam katalis yang diasosiasikan dengan atom aluminium.

Alumina dengan keasaman yang tinggi terdiri dari alumina amorf dan alumina

dengan struktur trigonal. Alumina dalam bentuk amorf memiliki kekuatan asam

yang lebih rendah daripada alumina dengan struktur trigonal (Arifianto, 2006).

Karena bersifat asam, Al2O3 cocok digunakan untuk merengkahkan senyawa

berantai panjang menjadi rantai lebih pendek. Aluminium dengan keasaman yang

tinggi dikelilingi oleh atom yang memiliki keelektronegatifan yang baik dalam

membentuk aluminium oksida. Sebagai lapisan tipis yang dengan cepat menutupi

permukaan aluminium, lapisan ini melindungi logam aluminium dari oksidasi

lebih lanjut. Senyawa oksida ini memiliki titik lebur 2318C sehingga biasa

digunakan sebagai penyangga.

Alumina yang di-dehidrasi pada saat preparasi mengikuti reaksi dibawah

ini: (Gambar 2.4)


16


Gambar 2.4 Reaksi dehidrasi alumina (Nasikin dan Susanto, 2010)

Pada reaksi dehidrasi tersebut masih tetap ada sejumlah air yang teradsorpsi pada

permukaan katalis yang menghasilkan sisi asam Bronsted seperti persamaan

reaksi berikut ini (Gambar 2.5)

Gambar 2.5 Sisi asam Bronsted pada alumina (Nasikin dan Susanto, 2010)

Sisi Bronsted yang menginisiasi reaksi ion karbonium dan sisi Lewis yang

memberikan reaksi ion radikal, keduanya ada meskipun pada prakteknya asam

Bronsted lebih dominan. Ketika menggunakan -Al2O3 sebagai penyangga, reaksi

perengkahan dan isomerisasi terjadi karena keasaman penyangga memberikan

dampak positif terhadap reaksi utama. Dalam peristiwa seperti ini penyangga

berfungsi juga sebagai katalis disamping inti aktif logam. Oleh karenanya jenis

katalis seperti ini akan berfungsi sebagai katalis ganda.

2.3.2 Active Site

Pada katalis, inti aktif bertanggung jawab terhadap prinsip jalannya reaksi.

Pemilihan komponen aktif adalah langkah pertama yang harus dilakukan dalam

perancangan suatu katalis. Pemilihan komponen aktif katalis ini dapat berdasarkan


17


konduktivitas Salah satu komponen aktif yang baik untuk reaksi perengkahan

katalitik dan isomerisasi adalah katalis oksida asam, karena memiliki

konduktivitas sebagai isolator, sehingga tidak dapat secara langsung

mempromosikan perpindahan muatan listrik, tetapi permukaan yang mengandung

proton dapat melakukannnya.

Praseodimium berbentuk padatan didapat dari suatu proses pertukaran ion

dari monazite pasir (( Ce, La, Th, Nd, Y)PO4), suatu material kaya akan unsur-

unsur bumi yang jarang. Praseodimium ini sering digunakan sebagai campuran

logam dan penyusun metal (Cotton, 1991). Oleh karena sifatnya itu,

praseodimium dapat digunakan sebagai campuran katalis. Praseodimium terdapat

pada golongan 4f dan memiliki ion 3+. Spesifikasi dari lantanida jenis

praseodimium ini tercantum dalam tabel 2.2

Tabel 2.2. Spesifikasi Praseodimium (Cotton, 1991)

Nomor Atom 59

Berat Atom 140.90765

Densitas 6.77 g/cm3

Titik Lebur 1204 K ( 931C atau 1708F)

Titik Didih 3793 K ( 3520C atau 6368F)

Estimated Crustal Abundance 9.2 mg/ kg

Estimated Oceanic Abundance 6.410-7

mg/l

Energi Ionisasi 5.464

Dari tabel 2.2 dapat dilihat bahwa titik lebur praseodimium sebesar 931C

sehingga dalam proses pembuatan katalis tidak dianjurkan melebihi suhu tersebut.

Penambahan lantanida pada katalis alumina berfungsi sebagai peningkat

kestabilan katalis (Parwono et al., 1997). Praseodimium dalam alumina memiliki

kekuatan interaksi yang kuat, sehingga kekuatan mereduksi yang tinggi (Tankov

et al., 2011). Sifat asam yang dihasilkan oleh penggabungan praseodimium dan

alumina diharapkan dapat merengkahkan suatu senyawa hidrokarbon nantinya.


18


2.4 Katalis PrO2/Al2O3

Katalis yang digunakan adalah logam Pr dengan loading yang rendah pada

penyangga Al2O3. Keunggulan dari katalis ini adalah tergolong oksida asam

sehingga sesuai dengan reaksi isomerisasi pada reaktan.

2.4.1 Mekanisme Katalis PrO2/Al2O3 dalam Meningkatkan Bilangan Oktan

PrO2 termasuk jenis katalis oksida asam berkonduktivitas isolator dengan

jenis reaksi ion karbonium. Jenis katalis ini, insulator tidak dapat secara langsng

mempromosikan perpindahan muatan listrik, tetapi permukaan yang mengandung

proton dapat melakukannya, sehingga inti aktif ini biasa digunakan pada jenis

reaksi isomerisasi untuk mengonversi n-oktana menjadi iso-oktana (Hasyim,

2010). Reaksi isomerisasi dimulai dari terbentuknya ion karbonium di permukaan

katalis. Mekanisme reaksi katalitik ini terjadi pada inti aktif katalis yang berada di

permukaan bagian dalam pori katalis. Reaksi ini dipercepat dengan adanya sifat

asam dari penyangga. Sifat asam Al2O3 didapat dari metode preparasi. Saat

alumina didehidrasi masih tetap ada sejumlah air yang teradsorpsi pada

permukaan katalis yang menghasilkan sisi asam Bronsted.

Pr dan Al2O3 tidak menyebabkan reaksi isomerisasi parafin, tapi sisi asam

Al2O3 akan meng-isomerisasi n-olefin. Pada peristiwa tersebut terjadi 3 tahap

reaksi yaitu, Pr akan menyebabkan dehidrogenasi n-C8 menjadi n-C8-, yang

berpindah ke Al2O3 dan di-isomerisasi menjadi i-C8- lalu di-hidrogenasi menjadi

i-C8 oleh Pr. Reaksi konversi ditunjukkan oleh gambar 2.6. Agar reaksi ini dapat

terjadi, maka diperlukan persyaratan yaitu praseodimium dan Al2O3 harus saling

kontak dengan sangat dekat dan Al2O3 memiliki tingkat keasaman yang cukup.

Proses saling kontak yang akan dilakukan dengan metode impregnasi.

Gambar 2.6 Reaksi konversi n-heksana (Nasikin dan Susanto, 2010)

Pr Pr


19


Reaksi isomerisasi n-oktana menjadi iso-oktana dapat menghasilkan yield

yang besar jika dilakukan pada suhu rendah sehingga kesetimbangan reaksi

tercapai. Hal tersebut dibuktikan dengan perhitungan energi Gibbs, pada suhu

40C, G n-oktana = 630197,20 J/mol dan G iso-oktana = 275563,05 J/mol,

maka G reaksi = -354634,15 J/mol. Energi Gibbs menunjukkan angka negatif

yang berarti, reaksi terjadi secara spontan. Jika energi Gibbs dihubungkan dengan

konstanta kesetimbangan maka akan diperoleh hubungan termodinamika sebagai

G = -RT ln K.

Tabel 2.3 Logika hubungan antara G dan K dari persamaan G = -RT ln K

K In K G Keterangan

>1 + - Kesetimbangan ke arah produk

=1 0 0 Kesetimbangan netral

20


Berdasarkan perbedaan jumlah larutan impregnasi, metode preparasi ini dibagi

menjadi dua:

1. Wet Impregnation (dipping)

Dengan cara ini penyangga direndam dalam larutan impregnasi. Jumlah

larutan impregnasi yang dipakai dibuat berlebih, yaitu melebihi dari volume

pori penyangga.

2. Dry Impregnation (incipient wetness)

Dalam metode ini penyangga juga direndam dalam larutan impregnasi.

Namun, volum larutan impregnasi dibuat sama dengan volum pori

penyangga. (Gambar 2.7)

Gambar 2.7 Dry Impregnation (Richardson, 1989)

Setelah diimpregnasi, padatan dikeringkan dari air yang terkandung di dalamnya

kemudian dikalsinasi dengan tujuan untuk menghilangkan impurities dalam

katalis seperti NO3 dan H2O

Katalis yang telah dibuat perlu diuji untuk mengetahui sifat struktur katalis

tersebut. Pengujian katalis ini biasa disebut karakterisasi. Bagian yang paling penting

dalam karakterisasi katalis adalah pemilihan metode karakterisasi katalis yang tepat.

Pada dasarnya semua metode karakterisasi katalis adalah bermanfaat. Metode

karakterisasi katalis dipilih berdasarkan pertimbangan keperluan atau

kepentingannya secara ilmiah dan teknis, biaya karakterisasi, dan kemudahan

akses peralatan.

Secara garis besar, teknik karakterisasi katalis dapat dibagi menjadi

beberapa macam berdasarkan sifat-sifat yang akan diteliti, antara lain:

Dehydrateed

Pellets Pore-Filling

Solution

Pore-Saturated

Pellets


21


1. Sifat-sifat partikel, meliputi: luas permukaan (surface area), porositas atau

distribusi ukuran pori (adsorpsi uap pada suhu rendah, Hg porosimetry, dan

incipient wetness), densitas, ukuran partikel, sifat mekanis, dan difusifitas.

2. Sifat-sifat permukaan (surface), meliputi: struktur dan morfologi (SEM,

TEM,XRD, EXAFS, XPS, FT-IR, Raman, UV-Vis), dispersi (chemisorption),

dan keasaman.

3. Sifat-sifat bulk, meliputi: komposisi elemental (XRF, AAS), sifat-sifat

senyawa atau struktur fasa (XRD, Raman, FT-IR, DTA, TPR, TPO, TEM),

struktur molekul (IR, Raman, UV-Vis, XAFS, NMR, dan EPR). (Richardson,

1989)

Pada penelitian ini, karakterrisasi katalis yang dilakukan meliputi:

1. BET untuk mengetahui luas permukaan dan ukuran pori katalis

2. ICPS untuk mengetahui kandungan logam dalam katalis

3. SEM-EDX untuk mengetahui struktur katalis yang telah dibuat.

Sedangkan bensin hasil reaksi dengan katalis dilakukan pengukuran bilangan

oktan dan dianalisis menggunakan GC-MS.



BAB 3

METODELOGI PENELITIAN

Pada penelitian ini dibuat katalis dengan variasi kandungan praseodimium

di dalam penyangga -Al2O3, Kemudian katalis tersebut dikarakterisasi dan diuji

aktifitasnya untuk menaikkan bilangan oktan bensin. Berikut tahapan penelitian

yang dilakukan (Gambar 3.1)

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

Secara rinci, tahapan penelitian tersebut akan dijelaskan pada prosedur penelitian

3.1 Variabel Bebas dan Terikat

Variabel-variabel yang terdapat pada penelitian ini adalah

Variabel Bebas : a. Rasio massa garam praseodimium nitrat dalam penyangga -

Al2O3 yaitu 0,01 dan 0,03 wt %

b. Waktu tahap uji aktifitas katalis divariasikan 20, 50, dan 80

menit.

Variabel Terikat : Bilangan oktan bensin

3.2 Alat dan Bahan

3.2.1 Bahan

Bahan-bahan yang digunakan pada penelitian ini adalah

1. -Al2O3

Didapat dari Merck dengan kemurnian 99,9%

Pembuatan Katalis

Pengujian Keaktifan Katalis

Karakterisasi Katalis


23


2. Garam praseodimium Pr(NO3)36H2O

Didapat dari Aldrich dengan kemurnian 99,9%

3. Bensin

Didapat PT Pertamina dengan lokasi SPBU di kukusan kelurahan

4. Akuades

Didapat dari took bahan kimia Bogor

3.2.2 Alat

Alat- alat yang digunakan pada penelitian ini adalah

1. Reaktor kaca 100 mL 11. Magnetic Stirer

2. Kondenser 12. Kertas saring

3. Hot Plate 13. Furnace

4. Gelas Ukur 14. Penyaring

5. Stopwatch 15. Cawan uap

6. Pipet 16. Timbangan elektronik

7. Sntrifugal electric 17. BET

8. Spatula 18. SEM-EDX

9. Termometer 19. Shatox ZX-101C

10. Desikator 20. GC-MS

3.3 Pelaksanaan Penelitian

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Rekayasa Produk Kimia dan

Bahan Alam (RPKA), Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas

Indonesia, Depok.

3.4 Prosedur Penelitian

Prosedur yang dilakukan terdiri atas tiga tahap, yaitu pembuatan katalis,

karakterisasi katalis, dan uji aktivitas katalis.


24


3.4.1 Pembuatan Katalis

Pembuatan katalis terdiri atas tiga tahap, yaitu pengukuran pori penyangga

-Al2O3, impregnasi praseodimium, dan kalsinasi

Gambar 3.2 Diagram alir pembuatan katalis

Langkah kerja yang dilakukan untuk mengetahu volum pori penyangga -

Al2O3 sebagai berikut :

1. 2 gram -Al2O3 ditimbang dan ditempatkan dalam cawan petri

2. 10 ml akuades dituang ke dalam tabung ukur.

3. Padatan -Al2O3 diteteskan akuades dan diaduk secara merata menggunakan

pipet tetes sampai padatan terbasahi secara merata (tidak berlebih/ tidak ada

air yang mengalir)

4. Poin (1) sampai (3) diulang untuk sampel berikutnya. Hal ini dilakukan untuk

mendapatkan keakuratan data

5. Volum pori dihitung dengan menggunakan persamaan berikut :

(3.1)

Pengukuran volum penyangga -Al2O3

Dry-impregnation praseodimium ke dalam

penyangga -Al2O3

Pengeringan dengan cara diaduk pada suhu

110C dan kalsinasi pada suhu 550C

Karakterisasi menggunakan BET, ICPS,

dan SEM-EDX

Terbentuk katalis PrO2/Al2O3


25


Metode dry-impregnasi -Al2O3 dengan garam praseodimium nitrat yang

dilakukan:

1. 150 gram massa padatan -Al2O3 ditimbang dan ditempatkan pada 3 wadah

cawan uap, masing-masing 50 gram.

2. 0,005 dan 0,015 gram garam praseodimium nitrat ditimbang dan masing-

masing dilarutkan dengan akuades dalam gelas beker.

3. Padatan -Al2O3 diteteskan tetes demi tetes dengan larutan garam tersebut dan

diaduk secara merata.

Proses terakhir dalam pembuatan katalis dilakukan pengeringan dan

kalsinasi katalis

1. Campuran katalis tersebut ditaruh ke dalam oven dengan suhu 110C selama 2

jam (Tankov et al., 2011) Selama di-oven, padatan diaduk-aduk saat waktu ke

30, 60, 75, 90, dan 105 menit.

2. Campuran katalis dikalsinasi pada suhu 550C selama 2 jam (Tankov et al.,

2011)

3. Setelah 2 jam, butiran kristal katalis PrO2/Al2O3 terbentuk.

3.4.2 Karakterisasi Katalis

Katalis yang sudah terbentuk masing-masing dikarakterisasi dengan

metode Brenaeur Emmet Teller (BET), Inductively Coupled Plasma Spectroscopy

(ICPS), dan Scaning Electron Microscope (SEM)

3.4.2.1 BET

Brunaeur Emmet Teller (BET) merupakan salah satu alat utama dalam

karakterisasi material. Alat ini khususnya berfungsi untuk menentukan luas

permukaan pori, volum, dan distribusi ukuran pori katalis. Gejala yang diamati

pada adsorpsi isoterm berupa adsorpsi lapisan molekul tunggal, adsorpsi lapisan

molekul ganda dan kondensasi dalam kapiler. Dalam penelitian ini, jenis alat

analisis BET yang digunakan adalah Quanta Chrome seri 6 A untuk menentukan


26


luas permukaan pori, volum, dan distribusi ukuran pori katalis yang telah dibuat.

Pengujian dilakukan di laboratorium RPKA Departemen Teknik Kimia

Universitas Indonesia.

3.4.2.2 ICPS

Tujuan analisis ini untuk mengukur dan menganalisis kandungan unsur-

unsur logam dalam katalis. Unsur yang diketahui dari analisis ini yaitu kandungan

Al dari setiap katalis yang sudah diaktivasi. Analisis ini didapat dari Lembaga

Minyak dan Gas, Jakarta.

3.4.2.3 SEM-EDX

Scanning Electron Microscope (SEM) adalah suatu tipe mikroskop

elektron yang menggambarkan permukaan sampel melalui proses scan dengan

menggunakan pancaran energi yang tinggi dari elektron dalam suatu pola scan

raster. Alat ini digunakan untuk mengetahui morfologi senyawa padatan dan

komposisi unsur yang terdapat dalam suatu senyawa. Area dianalisis untuk

mendapatkan hasil pengukuran SEM-EDX. Interaksiinteraksi elektron yang

terjadi tersebut selanjutnya akan dideteksi dan diubah kedalam sebuah gambar

oleh analisis SEM dan juga dalam bentuk grafik oleh analisis EDX. Analisis ini

dilalukan di ruangan analisis SEM-EDX di Departemen Material dan Metalurgi

Fakultas Teknk Universitas Indonesia.

3.4.3 Uji Aktifitas Katalis

Uji aktifitas katalis dilakukan dengan cara mereaksikan reaktan yaitu

bensin dengan katalis yang telah dibuat pada suhu 40C, tekanan atmosferik

selama waktu tertentu. Sebelum dan sesudah direaksikan dengan katalis bilangan

oktan bensin diukur..


27


Gambar 3.3 Diagram alir uji aktifitas katalis

Tahapan ini bertujuan untuk mengetahui kinerja katalis yang dibuat pada

proses peningkatan bilangan oktan. Adapun prosedur yang dilakukan

1. 500 ml bensin dituang ke dalam gelas labu.

2. 0,5 gram atalis ditimbang (dari hasil perjitungan rasio massa katalis:reaktan

sebesar 1:1000)

3. Magnetic stirrer diletakkan di dalam gelas labu tersebut, kondenser dipasang

di atas mulut labu reaksi, dan keran air pendingin dibuka

4. Alat hot plate stirrer dinyalakan pada skala 4 dan suhu 40C,

5. Termokopel dan termometer masing-masing dimasukkan ke dalam salah satu

lubang labu reaksi.

6. Setelah 20 menit, hotplate stirrer tersebut dimatikan.

7. Kipas angin dinyalakan dan labu reaksi didiamkan selama 5 menit hingga

bensin dingin

8. Setelah bensin dingin, bensin dituang dari labu reaksi ke gelas ukur, kemudian

volum bensin dicatat.

Bensin

Diukur

Bilangan Oktan GC MS

Didinginkan

Bensin hasil reaksi

Dipanaskan

40C, 1 atm, dan diaduk

Katalis

Diukur

Bilangan Oktan GC MS


28


9. Bensin dari gelas ukur dituang ke botol sampel dan botol sampel diberi label.

10. Poin (1) sampai (9) diulangi untuk katalis kedua dan ketiga, serta waktu reaksi

50 dan 80 menit.

11. Hotplate strirer dimatikan.

12. Bensin dianalisis menggunakan octane meter dan GC-MS

Setelah bensin direaksikan dengan katalis, bensin diukur bilangan oktan

dengan octane meter dan GC-MS.

3.4.3.1 Octane meter

Tujuan analisis ini untuk mengetahui bilangan oktan bensin setelah

direaksikan dengan katalis. Pengukuran ini dilakukan di CV Catur Bangun Putra

dengan alat yang digunakan Shatox ZX 101 C (Gambar 3.4)

Gambar 3.4 Octane meter seri Shatox ZX 101C

3.4.3.2 GC-MS

Analisis ini bertujuan untuk mengetahui jenis dan komposisi senyawa

dalam bensin setelah direaksikan dengan katalis. Analisis ini dilakukan di Pusat

Laboratorium Forensik Mabes Polri, Kebayoran Baru, Jakarta Selatan.



BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada bab ini disajikan data hasil penelitian dan pembahasannya, meliputi

hasil pembuatan katalis PrO2/Al2O3, karakterisasi katalis yang dihasilkan, dan uji

aktifitas katalis untuk meningkatkan bilangan oktan bensin beserta analisis yang

dilakukan.

4.1 Katalis yang Dihasilkan

Dari tahap pembuatan katalis, dihasilkan katalis-katalis berikut:

1. Katalis Al2O3

Katalis tanpa kandungan praseodimium yang digunakan sebagai pembanding..

2. Katalis 0,01%PrO2/Al2O3

Katalis dengan kandungan garam praseodimium nitrat sebesar 0,01 wt%

3. Katalis 0,03%PrO2/Al2O3

Katalis dengan kandungan garam praseodimium nitrat sebesar 0,03 wt%

4.2 Karakterisasi Katalis

Katalis-katalis yang telah dibuat kemudian dikarakterisasi dengan

menggunakan BET, ICPS dan SEM-EDX. Masing-masing analisis dijelaskan

sebagai berikut:

4.2.1 BET

Katalis dkarakterisasi menggunakan metode Brunaeur Emmet Teller

(BET). Metode ini dapat mengukur luas permukaan, volum pori dan distribusi

pori. Dari analisis ini didapat tabel 4.1


30


Tabel 4.1 Hasil uji BET

Katalis Luas permukaan (m2/g) Uk pori () Vol Pori (ml/g)

Al2O3 117,8 113,5 0,05546

0.01%PrO2/Al2O3 117,5 112,7 0,05526

0.03%PrO2/Al2O3 116,8 111,7 0,05513

Luas permukaan katalis yang diperoleh mengalami penurunan seiring

dengan bertambahnya prosentase kandungan praseodimium. Penambahan 0,01

wt% Pr dapat menurunkan luas permukaan sebesar 0,3 m2/g dari 117,8 m

2/g

menjadi 117,8 m2/g. Penambahan 0,03 wt% Pr dapat menurunkan luas permukaan

sebesar 1,0 m2/g dari 117,8 m

2/g menjadi 116,8 m

2/g. Pendeposisian 0,01 dan 0,03

wt % praseodimium juga mengakibatkan penurunan ukuran pori dan volum pori

katalis yang dihasilkan. Ukuran pori katalis 0,01%PrO2/Al2O3 mengalami

penurunan sebesar 0,8 dari 113,5 menjadi 112,7 . Ukuran pori katalis

0,03%PrO2/Al2O3 mengalami penurunan sebesar 1,0 dari 113,5 menjadi

112,7 . Dari karakterisasi ini juga terlihat penurunan volum pori katalis, yaitu

yang semula katalis Al2O3 adalah 0,05546 ml/g, setelah diimpregnasi dengan

0,01% Pr menjadi 0,05526 ml/g dan 0,03% Pr menjadi 0,05513 ml/g.

Dari hasil pengujian BET tersebut dapat dikatakan bahwa impregnasi

praseodimium ke dalam penyangga -Al2O3 menyebabkan penutupan sebagian

pori dari penyangga -Al2O3. Ukuran pori dari katalis yang dihasilkan tersebut

masih termasuk ukuran makropori, yaitu ukuran pori di atas 50 nm. Ukuran pori

yang menurun hampir secara linear dengan penambahan prosentase praseodimium

juga menurunkan volum pori yang dihasilkan. Hal ini sesuai dengan penelitian

Tankov yang menyatakan bahwa penambahan dan peningkatan dari PrO2 (>1%)

akan mengalami penurunan luas permukaan dan volum pori yang spesifik dan

volum pori-pori, karena pori-pori Al2O3 diisi dengan PrO2 (Tankov et al., 2011).

4.2.2 ICPS

ICPS secara akurat menentukan jumlah alumunium dalam katalis. Hasil

analisis ini bersifat kuatitatif, yaitu konsentrasi alumunium ditentukan dengan

membandingkan jumlah alumunium dengan isotop alumunium yang didapat dari

kurva kalibrasi eksternal.


31


Untuk mengetahui prosentase kandungan alumunium dalam katalis

diperlukan standar kalibrasi sampel alumunium yang sudah diketahui

komposisinya. Hasil analisis katalis terdapat dalam tabel 4.2

Tabel 4.2 Hasil uji ICPS

Jenis Katalis Al (ppm) Al (%)

Al2O3 520463 52,0464

0.01%PrO2/Al2O3 520108 52,0109

0.03%PrO2/Al2O3 520066 52,0067

Tabel 4.2 menunjukkan impregnasi logam praseodimium ke dalam

penyangga alumina berhasil dilakukan, dengan hasil semakin banyak PrO2 yang

diimpregnasi, maka semakin turun kandungan alumunium. Hal tersebut dapat

dilihat dari menurunnya jumlah kandungan logam alumunium dalam katalis dari

52,0464% menjadi 52,0109% dan 52,0067 seiiring dengan penambahan logam

praseodimium yang diimpregnasikan dari 0; 0,01; dan 0,03% masing-masing. Hal

ini dapat terjadi karena interaksi praseodimium dengan oksida alumina lebih kuat

dibandingkan interaksi alumunium dengan oksidanya (Tankov et al., 2011)

Sebagai bukti, jumlah praseodimium yang sedikit tersebut (0,01 dan 0,03%) dapat

menggantikan ikatan antara alumunium dengan oksidanya. Hal ini diperkuat

dengan hasil analisis uji SEM-EDX.

4.2.3 SEM-EDX

Data yang diperoleh dari hasil SEM-EDX dapat dianalisis secara

kuantitatif maupun kualitatif, karena dari data yang diperoleh dapat diketahui

jenis dan jumlah unsur-unsur mineral yang terkandung dalam katalis. Hasil dari

uji SEM berupa gambar struktur permukaan katalis (Gambar 4.1)


32


(a)

(b)

(c)

Gambar 4.1 Hasil uji SEM katalis (a) Al2O3 (b) 0,01% PrO2/Al2O3 (c) 0,03% PrO2/Al2O3


33


Dari gambar 4.1 dapat dilihat bahwa katalis yang dihasilkan berupa plate

atau lempengan-lempengan yang berlapis. Jika dibandingkan, katalis Al2O3

dengan katalis PrO2/Al2O3 terlihat bahwa impregnasi praseodimium membuat

permukaan katalis terlihat lebih halus, yaitu lempengan-lempengan yang

bertumpuk lebih lebar tetapi dengan jumlah yang kurang, sehingga luas

permukaan yang dihasilkan menjadi berkurang. Kehalusan dari permukaan katalis

seiring dengan penambahan prosentase jumlah praseodimium dalam katalis. Hal

ini juga dibuktikan dari nilai penurunan luas permukaan yang dihasilkan dari uji

BET. Dari analisis EDX, didapat ditabel 4.3 berikut

Tabel 4.3 Hasil uji EDX

Jenis Katalis Kandungan dalam katalis

O (%) Pr (%) Al (%)

Al2O3 38,210 0,000 61,540

0.01%PrO2/Al2O3 39,028 0,004 58,340

0.03%PrO2/Al2O3 39,595 0,011 55,009

Berdasarkan tabel 4.3, terdapat kandungan Pr dalam katalis sebesar

0,004% pada katalis 0,01%PrO2/Al2O3 dan 0,011% pada katalis

0,03%PrO2/Al2O3. Hal ini menunjukkan bahwa Pr berhasil diimpregnasikan ke

dalam penyangga alumina walaupun tidak seluruhnya dari jumlah sebenarnya

yang diimpregnasikan sebesar 0,01% dan 0,03%, tetapi jumlah kenaikannya yang

terbaca sama yaitu tiga kali dari hasil impregnasi sebelumnya. Sama halnya

dengan hasil uji ICPS sebelumnya, diketahui bahwa penambahan prosentase

logam praseodimium dalam katalis menyebabkan penurunan logam alumunium

dalam katalis. Hal ini terjadi karena hampir sebagian ikatan dari logam

alumunium digantikan dengan logam praseodimium akibat interaksi kuat antar

logam, praseodimium tergolong salah satu jenis logam (Lukic et al., 2009)

4.3 Keaktifan Katalis dalam Meningkatkan Bilangan Oktan Bensin

Uji aktivitas katalis yang dilakukan adalah mereaksikan bensin dan

masing-masing katalis yang telah dibuat. Waktu reaksi bensin divariasikan yaitu

20, 50, dan 80 menit. Hal ini dimaksudkan agar diketahui pengaruh waktu reaksi


34


terhadap kenaikan bilangan oktan bensin tersebut. Bensin yang digunakan adalah

bensin tipe premium, produk dari PT. Pertamina. Bensin hasil reaksi hasil reaksi

menunjukkan kenaikan bilangan oktan. Berikut hasil pegujian yang dilakukan.

4.3.1 Octane meter

Hasil dari uji aktivitas katalis untuk meningkatkan bilangan oktan bensin

terdapat di tabel 4.4 berikut

Tabel 4.4 Hasil Bilangan oktan bensin (RON)

Jenis Katalis t (menit) RON

Tanpa Katalis 0 89,7

Al2O3 20 90,3

50 90,5

80 90,6

0,01%PrO2/Al2O3 20 91,2

50 91,2

80 91,4

0,03%PrO2/Al2O3 20 91,3

50 91,4

80 91,6

Dari hasil uji aktivasi yang tertera dalam tabel 4.4 dapat dilihat bahwa

bilangan oktan pada bensin komersil tanpa penambahan katalis terbaca oleh alat

shatox ZX-101C sebesar 89,7. Sedangkan bilangan oktan pada bensin komersil

milik PT Pertamina secara teori sebesar 88. Selisih angka 1,7 ini digunakan

sebagai acuan standar kalibrasi alat terhadap pengukuran bilangan oktan.

Setelah penambahan katalis Al2O3, bilangan oktan bensin meningkat

berturut-turut selama waktu reaksi 20, 50, dan 80 menit sebesar masing-masing

90,3; 90,5; dan 90,6. Penambahan katalis 0,01%PrO2/Al2O3, bilangan oktan

bensin menjadi 91,2; 91,2; dan 91,4. Sedangkan penambahan katalis

0,03%PrO2/Al2O3 bilangan oktan berturut-turut menjadi 91,3; 91,4; dan 91,6.

Kenaikan waktu reaksi dari 20 ke 50 menit menunjukkan hasil yang

berbeda untuk masing-masing katalis, yaitu kenaikan bilangan oktan 0,2 untuk

katalis Al2O3, kenaikan bilangan oktan 0,1 untuk katalis 0,03%PrO2/Al2O3, dan


35


tidak ada kenaikan bilangan oktan untuk katalis 0,01%PrO2/Al2O3. Akan tetapi

kenaikan waktu reaksi dari 50 ke 80 menit terlihat cukup signifikan yaitu 0,2

untuk katalis alumina yang mengandung PrO2 tetapi tidak berpengaruh untuk

katalis Al2O3 sebesar 0,1. Jadi dapat dikatakan bahwa reaksi tidak berpengaruh

terhadap kenaikan bilangan oktan bensin untuk ketiga jenis katalis tersebut.

Selama waktu reaksi 20 menit, terlihat peningkatan bilangan oktan bensin

lebih besar untuk katalis yang mengandung 0,01% dan 0,03% PrO2 berturut-turut

91,2 dan 91,3, dibandingkan katalis Al2O3 hanya sebesar 90,3. Hal ini berarti

terjadi kenaikan bilangan oktan yang cukup signifikan yaitu 0,6; 1,5; dan 1,6

untuk masing-masing katalis Al2O3, 0,01%PrO2/Al2O3, dan 0,03%PrO2/Al2O3.

Hal yang sama terjadi pada bensin dengan waktu reaksi 50 menit yaitu 0,8; 1,5;

dan 1,7 untuk masing-masing katalis. Demikian pula yang terjadi untuk waktu

reaksi 80 menit, yaitu 0,9; 1,7; dan 1,9. Sehingga dapat disimpulkan bahwa

kenaikan jumlah PrO2 dalam katalis Al2O3 berpengaruh dalam reaksi perengkahan

katalitik dan isomerisasi untuk meningkatkan bilangan oktan bensin.

Untuk mempermudah dalam membandingkan hasil percobaan tabel 4.4

digrafikkan menjadi gambar 4.3 berikut

Gambar 4.3 Grafik pengaruh kandungan praseodimium dalam katalis PrO2/Al2O3

terhadap bilangan oktan bensin untuk variasi waktu reaksi.


36


Dari hasil yang didapat, prosentase dari kandungan praseodimium dalam alumina

belum dapat dikatakan optimum karena masih dimungkinkan adanya kenaikan

bilangan oktan bensin jika prosentase kandungan praseodimium dinaikkan.

4.3.2 GC-MS

Bensin yang sudah diuji aktifitasnya, kemudian dianalisis kembali

menggunakan lat uji GC-MS. Tidak semua bensin hasil reaksi pada bagian 4.2

diuji dengan GC-MS. Berikut adalah hasil analisis bensin melalui alat GC-MS

yang dilakukan.

Tabel 4.5 Hasil uji GC-MS

Katalis RON % Peak area

n-Octane Iso-octane Benzene

Tanpa katalis 89,7 0,60 4,12 27,05

Al2O3 90,6 0,82 4,17 24,12

0.01%PrO2/Al2O3 91,4 0,83 4,21 25,30

0.03%PrO2/Al2O3 91,6 0,85 4,39 26,08

Untuk n-oktana kenaikan prosentase peak meningkat seiring peningkatan

prosentase PrO2 dalam katalis PrO2/Al2O3. Bensin tanpa katalis memiliki

0,60%peak n-oktana. Prosentase peak yang dihasilkan dari reaksi dengan katalis

Al2O3 sebesar 0,82%. Penambahan 0,01 % Pr dapat menaikkan %peak n-oktan

sebesar 0,23% dari 0,60% menjadi 0,83%. Sedangkan untuk iso-oktana

penambahan katalis Al2O3, 0,01%PrO2/Al2O3, dan 0,03%PrO2/Al2O3

menghasilkan kenaikan %peak area berturut-turut 0,5; 0,9; dan 0,27. Penambahan

katalis Al2O3 dapat menurunkan %peak benzena sebesar 2,93. Namun,

penambahan 0,01 dan 0,03% Pr juga mengakibatkan peningkatan %peak benzena

yang dihasilkan, yaitu berturut-turut dari 24,12 menjadi 25,30 dan 26,08. Hal ini

menunjukkan bahwa penggunaan katalis kemungkinan menyebabkan terjadinya

reaksi isomerisasi n-oktana menjadi iso-oktan dan penambahan bezene yang dapat

meningkatkan bilangan oktan bensin. Meskipun hal ini masih harus dibuktikan

dengan analisis lebih lainnya, seperti Nuclear Magnetic Resonance (NMR).



BAB 5

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari penelitian tentang Kinerja Katalis PrO2/Al2O3 untuk Meningkatkan

Bilangan Oktan Bensin diperoleh kesimpulan sebagai berikut :

1. Bilangan oktan meningkat 1,7 dengan penambahan 0,01% praseodimium dan

1,9 dengan penambahan 0,03% praseodimium dalam katalis PrO2/Al2O3 dari

bensin dengan bilangan oktan 89,7, namun peningkatan bilangan oktan bensin

tidak dipengaruhi oleh waktu reaksi.

2. Kenaikan bilangan oktan bensin akibat dari reaksi isomerisasi n-oktana,

sehingga jumlah %peak area iso-oktana dan bezene dalam bensin bertambah.

3. Impregnasi praseodimium dalam katalis PrO2/Al2O3 berhasil dilakukan,

terbukti dari hasil karakterisasi katalis penurunan luas permukaan katalis

akibat tertutupnya pori-pori katalis PrO2/Al2O3 dengan logam praseodimium,

terjadi penurunan prosentase kandungan dari alumunium dan terjadi

peningkatan prosentase kandungan dari praseodimium.

4. Pengujian SEM untuk masing-masing katalis menunjukkan bahwa katalis

berbentuk lempengan berlapis. Penambahan prosentase praseodimium dalam

katalis PrO2/Al2O3 dapat meningkatkan ukuran lempengan tersebut menjadi

tambah lebar dengan jumlah lempengan berkurang.

5.2 Saran

Penelitian berikutnya disarankan untuk menggunakan variasi suhu dan

jumlah katalis dengan kandungan praseodimium yang lebih banyak dalam

meningkatkan proses yang terjadi.


38


DAFTAR PUSTAKA

Arifianto, B. (2006) Reaksi Perengkahan Katalitik Minyak Sawit dengan Katalis

B2O3/Al2O3. Skripsi. Depok: UI: 37-40

Buchanan, J. S., Olson, D. H. and Schramm, S.E. (2001) Gasoline Selective ZSM-

5 FCC Additives: Effects of Crystal Size, SiO2/Al2O3, Steaming, and Other

Treatments on ZSM-5 Diffusivity and Selectivity in Cracking of

Hexene/Octene Feed. Applied Catalysis A: General. Vol. 220(1-2): 223-

234.

Centeno, M. A., Carrizosa, I. and Odriozola, J. A. (1998) In Situ Drifts Study of

The SCR Reaction of NO With NH3 in The Presence of O2 Over Lanthanide

Doped V2O5/Al2O3 Catalysts. Applied Catalysis B: Environmental. Vol.

19(1): 67-73.

Cotton, S. (1991). Lanthanide and Actinide Chemistry. Inorganic Chemistry. D.

Woollins, B. Crabtree, D. Atwood and G. Meyer. USA, John Wiley and

Sons Ltd: 7.

Hasyim, V. (2011) Peningkatan Bilangan Oktanan pada Gasoline Menggunakan

Praseodimium(III)-Etilen Diamin Tetra Asetat/Zeolit Klipnotilolit Aktif.

Skripsi. Depok: UI: 29-35.

Khaerudin, J.M., Cathaputra. E. dan Winoto, H.P. (2007) Produksi Isopropil

Murni untuk Aditif Bensin yang Ramah Lingkunan Sebagai Wujud

Pemanfaaatan Produk Samping pada Industri Gas Alam. Karya Ilmiah

Mahasiswa bidang energi. Bandung: ITB: 6-7.

Laosiripojana, N., Sutthisripok, W., Assabumrungrat, S. (2005) Synthesis gas

production from dry reforming of methane over CeO2 doped Ni/Al2O3:

influence of the doping ceria on the resistance toward carbon formation.

Chemical Engineering Journal. Vol. 112( ): 1322.

Lukic, I., Krstic, J., Jovanovic, D. and Skala, D. (2009) Alumina/silica Supported

K2CO3 as A Catalyst for Biodiesel Synthesis from Sunflower Oil.

Bioresource Technology. Vol. 100(2): 4690-4696.

Lugstein, A., Jentys, A. and Vinek, H. (1998) Hydroisomerization and Cracking

of N-Octane and C8 Isomers on Ni-Containing Zeolites. Journal of

Catalysis. Vol. 42(1): 60-72.

Migas, D. (2006) Spesifikasi Bahan Bakar MInyak Jenis Jenis Bensin 88.

Keputusan Dirjen Migas No. 3674 K/24/DJM. Jakarta: ESDM: .

Myrstad, T. (1996) Effect of Vanadium on Octane Numbers in FCC-Naptha.

International Journal of Catalyst. Vol. 3(1): 51-58.

Nasikin, M. dan Susanto, B. H. (2010) Katalis Heterogen. Jakarta: UI Press: 12-

52.

Natesakhawat, S., Oktar, O., and Ozkan, U. S. (2005) Effect of Lanthanide

Promotion on Catalytic Performance of Sol-Gel Ni/Al2O3 Catalysts in


39


Steam Reforming of Propane. Journal of Molecular Catalysis A: Chemical.

Vol. 241(1-2): 133-146.

Parwono, S., Murachman, B., Hardjono, T., Budhijanto dan Witono, H. (1997)

Pembuatan Platinum Katalis dengan Penyangga Karbon Aktif dan Zeolit

untuk Oksidasi Gas Buang. Skripsi. Yogyakarta: UGM: 17-19.

Patra, A., Reisfeld, R. and Minti, H. (1998) Influence of Aluminium Oxide on

Intensities of Sm3+

and Pr3+

Spectral Transitions in Sol-Gel Glasses.

Materials Letters. Vol. 37(6): 325-329.

Richardson, J.T. (1989) Principles of Catalyst Development. New York: Planum

Press: 87.

Sato, S., Kuroki, M., Sodesawa, T., Nozaki, F. and Maciel G.E. (1995) Surface

structure and acidity of alumina-boria catalysts. Journal of Molecular

Catalysis A: Chemical. Vol. 104(2): 171-177.

Tankov, I., Pawelec, B., Arishtirova, K. and Damyanova, S. (2011) Structure and

Surface Properties of Praseodimium Modified Alumina. Applied Surface

Science. Vol. 258(1): 278-284.

Tietz, F., Zanghellini, E., Mariotto, G., Dedecke, T. and Urland, W. (1995)

Optical and magnetic investigations of Na+/Pr

3+-[beta]''-Al2O3. Journal of

Alloys and Compounds. Vol. 225(1-2): 152-155.

Tirtoatmodjo, Rahardjo. (2011) Pengaruh Naphtalene terhadap Perubahan Angka

Oktan Bensin untuk Kerja Motor dan Gas Buangnya. Journal of

Mechanical: 97.

Tonnies, J. J., and Gschneidner, K. A. (2002) Preparation of lanthanide single

crystals; praseodymium, neodymium, and lutetium. Journal of Crystal

Growth. Vol. 10(1): 1-5.

Xian, X., Liu, G., Zhang, X., Wang, L., and Mi, Z. (2010) Catalytic cracking of n-

dodecane over HZSM-5 zeolite under supercritical conditions: Experiments

and kinetics. Chemical Engineering Science . Vol. 65(20): 5588-5604.


40


LAMPIRAN

Lampiran 1 Hasil Percobaan

Gambar L. 1.1 Katalis yang telah dibuat


41


Lampiran 2. Data hasil BET

Quantachrome Corporation

Quantachrome Autosorb Automated Gas Sorption System Report

Autosorb for Windows@ for AS-3 and A5-6 Version 123

Sample TD : Sari

Description Comment : Sari

Sample Weight : 0.5043 g Adsorbate NITROGEN Outgas Temp 150.0 "C Operator Jajat

Cross-Sec Area 16.2 A' /motecule Outgas Time 2.0 hrs Analysis Time 53.8 min

Nonldeality 6.5808-05 P/Po Toter 3 End of Run 11/1,5/20L1 11:18

Molecular Wt 28.01-34 g/ttrol Equil Time 2 File Name A5977816 -RAW

Statlon + 4 Bath Temp. '17.40 PC SW Version 1.23

AREA-VOLUME-PORE SIZE SUMMARY 1 (Katalis Al2O3)

SURFACE AREA DATA

MultipointBET ............................................................................ 1,178E+02 m2/g

Single Point BET ................................................................................. 1,188E+02 m2/g

Langmuir Surface Area ........................................................................ 1,178E+02 m2/g

t-Method External Surface Area: ......................................................... 1,175E+02 m2/g

trMet..hod Micro Pore Surface Area ................................................... 0,000E+00 m2/g

DR Method Micro Pore Area ............................................................... 1,561E+02 m2/g

PORE VOLUME DATA

t-Method Micro Pore Volume .............................................................. 0,000E+00 cc/g

DR Method Mj_cro pore Vo1ume ....................................................... 5,546E-02 cc/g

HK Method Cumufative Pore Volume ................................................ 4,572E-02 cc/g

SF Method Cumufative Pore Volume .................................................. 4,690E-02 cc/g

PORE SIZE DATA

DR

Digital 20316811 S42408 Kinerja Katalis

Documents

Transcript of Digital 20316811 S42408 Kinerja Katalis